趙安洲

（中科路恒工程設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030006）

在市政工程建設(shè)過(guò)程中，作為配套的燃?xì)夤芫W(wǎng)是其不可或缺的組成部分。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求以及煤氣的特點(diǎn)，市政煤氣管網(wǎng)一般采用兩級(jí)供氣方式，即中低壓供氣。由于這種供氣方式的供氣能力有限，特別是在管網(wǎng)運(yùn)行壓力較低的情況下，對(duì)于冬季高峰負(fù)荷用氣極為不利，經(jīng)常出現(xiàn)管網(wǎng)中缺氣甚至無(wú)氣現(xiàn)象，從而導(dǎo)致用戶(hù)正常用氣需求得不到有效的保障。通過(guò)對(duì)靈石縣現(xiàn)有的市政煤氣管網(wǎng)資料進(jìn)行排查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有煤氣管網(wǎng)具備較強(qiáng)的供氣能力但是卻沒(méi)有得到較好的利用，主要是因?yàn)楝F(xiàn)行市政煤氣管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行較低所導(dǎo)致。因此，充分發(fā)掘并利用現(xiàn)有市政中壓煤氣管網(wǎng)的供氣能力成為最優(yōu)選擇，對(duì)縣城市政中壓煤氣管網(wǎng)升壓勢(shì)在必行。

1 供氣現(xiàn)狀概況

靈石縣市政煤氣管網(wǎng)氣源為天星焦化廠(chǎng)。天星焦化廠(chǎng)內(nèi)部已建加壓機(jī)房，由加壓機(jī)房出口的中壓煤氣管道沿城東路向東北方向一路進(jìn)入靈石縣煤氣化公司現(xiàn)狀城東儲(chǔ)配站，另一路繼續(xù)沿城東路向北進(jìn)入現(xiàn)狀靜升儲(chǔ)配站。市政煤氣主干道中壓敷設(shè)，接中壓支線(xiàn)經(jīng)調(diào)壓柜調(diào)壓計(jì)量后低壓供氣。用戶(hù)主要為居民用戶(hù)、機(jī)關(guān)單位食堂、飯店、區(qū)域供暖鍋爐房等，暫無(wú)工業(yè)用戶(hù)。

目前，由于靈石縣的快速發(fā)展，煤氣用戶(hù)越來(lái)越多，用氣需求越來(lái)越大，對(duì)于靈石縣現(xiàn)有市政煤氣管網(wǎng)建設(shè)、供氣能力、運(yùn)行維護(hù)及配套設(shè)施提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。同時(shí)，由于煤氣中含有較多的苯、萘、焦油等雜質(zhì)，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)在管道內(nèi)部集聚，造成管道內(nèi)部管徑變小，降低市政煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)的供氣能力。通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，目前其市政管網(wǎng)入口處壓力約為25～27kPa，末端最不利點(diǎn)出壓力只有14kPa左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際設(shè)計(jì)壓力，具有較大的提升空間。鑒于以上幾個(gè)方面的考慮，現(xiàn)決定對(duì)靈石縣市政中壓煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行升壓，以提高市政煤氣管網(wǎng)的供氣能力，滿(mǎn)足日益增加的用氣需求。

2 水力計(jì)算

2.1 水力計(jì)算方法

燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算數(shù)值計(jì)算迭代主要有三種，分別是解環(huán)方程法、節(jié)點(diǎn)法、解管段方程法，本次計(jì)算主要采用節(jié)點(diǎn)法。前期對(duì)相關(guān)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行收集：包括市政煤氣管網(wǎng)干線(xiàn)管道長(zhǎng)度、管徑，管道支線(xiàn)長(zhǎng)度、管徑，調(diào)壓站位置，用戶(hù)類(lèi)型及用氣量等，繪制市政煤氣管網(wǎng)水力計(jì)算圖紙和各個(gè)管段用氣量，通過(guò)水力計(jì)算軟件分析，得出最不利點(diǎn)的位置。

用氣量確定：用戶(hù)主要有鍋爐、食堂飯店以及居民戶(hù)，鍋爐額定用氣量按150m/T*h，食堂大灶按10m/灶具*h，居民戶(hù)按1.4m/h*戶(hù)，再選擇戶(hù)數(shù)所對(duì)應(yīng)的相應(yīng)同時(shí)工作系數(shù)，將計(jì)算的額定用氣量作為支線(xiàn)額定用氣量。

2.2 水力計(jì)算原則

根據(jù)市政燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行單位要求，此次升壓要保證最不利點(diǎn)調(diào)壓柜進(jìn)口壓力不小于30kPa；因此在滿(mǎn)足最不利點(diǎn)調(diào)壓柜進(jìn)口壓力不小于30kPa的前提下，計(jì)算出市政管網(wǎng)入口（儲(chǔ)配站出口）處的最小額定壓力。在市政管網(wǎng)水力計(jì)算中，當(dāng)某管段的直徑過(guò)大或流量過(guò)小時(shí)，在迭代過(guò)程中容易出現(xiàn)不收斂或收斂緩慢的情況，這極大影響了水力計(jì)算的精度，因此在計(jì)算過(guò)程中應(yīng)避免這種情況的發(fā)生?？紤]到市政管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，可能會(huì)發(fā)生雜質(zhì)堵塞管道的現(xiàn)象，故而在計(jì)算過(guò)程中，各管段所對(duì)應(yīng)的管徑都按小一號(hào)進(jìn)行計(jì)算：具體為DN400按DN350，DN300按DN250，DN200按DN150，DN150按DN100，DN100按DN80計(jì)算。

2.3 水力計(jì)算軟件

本工程計(jì)算所采用的軟件為“G-NET城市燃?xì)夤芫W(wǎng)水力分析軟件”，本軟件由中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院和北京賽遠(yuǎn)科技發(fā)展有限公司共同開(kāi)發(fā)，本軟件適用于A(yíng)UT0-CAD2008版本。

3 水力算過(guò)程及結(jié)果

3.1 城東儲(chǔ)配站管網(wǎng)水力計(jì)算

城東儲(chǔ)配站（節(jié)點(diǎn)0）至最末端共有支線(xiàn)20個(gè)，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，市政管網(wǎng)最不利點(diǎn)為供熱六站調(diào)壓站（節(jié)點(diǎn)21）。當(dāng)城東儲(chǔ)配站的出口壓力為65kPa時(shí)，最不利點(diǎn)供熱六站調(diào)壓柜進(jìn)口壓力為28.3kPa。如表1所示。

表1 城東儲(chǔ)配站水力計(jì)算表

3.2 靜升儲(chǔ)配站管網(wǎng)水力計(jì)算（如表2所示）

表2 靜升儲(chǔ)配站水力計(jì)算表

注：長(zhǎng)度單位km；流量單位Nm3/h；壓損單位0.1MPa（已考慮局部阻力損失）。

靜升儲(chǔ)配站（節(jié)點(diǎn)0）至最末端（節(jié)點(diǎn)30）共有支線(xiàn)15個(gè)和環(huán)狀管網(wǎng)路（1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-1）1個(gè)。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，市政管網(wǎng)最不利點(diǎn)為南浦調(diào)壓柜（節(jié)點(diǎn)26），當(dāng)靜升儲(chǔ)配站的出口壓力為35kPa時(shí)，最不利點(diǎn)南浦調(diào)壓柜進(jìn)口壓力為27.8kPa。

4 升壓方案

4.1 采用環(huán)狀管網(wǎng)

靈石縣市政管網(wǎng)以支狀管網(wǎng)為主，對(duì)于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)而言，支狀管網(wǎng)具有較大的局限性和缺點(diǎn)；支狀管網(wǎng)由于通過(guò)較長(zhǎng)距離的燃?xì)廨斔?，到達(dá)終端時(shí)會(huì)出現(xiàn)燃?xì)鈮毫^低、氣量不足等現(xiàn)象；且當(dāng)某點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，該故障點(diǎn)之后的所有用戶(hù)用氣都會(huì)受到影響，而采用環(huán)狀管網(wǎng)則可以較好的解決這一問(wèn)題。環(huán)狀管網(wǎng)平均管徑較支狀管網(wǎng)小，具有較好的經(jīng)濟(jì)性；另外，環(huán)狀管網(wǎng)中各點(diǎn)的壓力較支狀管網(wǎng)更趨于均衡。

建議在市政管網(wǎng)升壓的過(guò)程中，將從城東儲(chǔ)配站和靜升儲(chǔ)配站出來(lái)的兩路支狀管網(wǎng)連接起來(lái)形成一個(gè)閉合的環(huán)狀管網(wǎng)，這樣不但可以較好的解決城市燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的輸氣量不足的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)于用氣量也具有較好的調(diào)節(jié)作用。

4.2 封閉成環(huán)的連接點(diǎn)

從靈石縣市政中壓管網(wǎng)拼圖上和城東站煤氣管網(wǎng)水力計(jì)算可以看出，城東儲(chǔ)配站管網(wǎng)系統(tǒng)最不利點(diǎn)位于星泰廣場(chǎng)（節(jié)點(diǎn)20），因此，建議將星泰廣場(chǎng)（節(jié)點(diǎn)20）DN200中壓煤氣管線(xiàn)和天星假日賓館DN200中壓煤氣管線(xiàn)（節(jié)點(diǎn)28）連接成起來(lái)；將供熱六站末端（節(jié)點(diǎn)21）DN200中壓煤氣管線(xiàn)和星泰廣場(chǎng)（節(jié)點(diǎn)20）DN200中壓煤氣管線(xiàn)連接起來(lái)。

城東儲(chǔ)配站和靜升儲(chǔ)配站現(xiàn)在獨(dú)立運(yùn)行，在交通執(zhí)法局處將兩個(gè)獨(dú)立的市政管網(wǎng)系統(tǒng)連接起來(lái)，可以提高連接處的壓力并提高管網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.3 環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算分析

將兩個(gè)支狀管網(wǎng)在末端出進(jìn)行連接后，環(huán)狀管網(wǎng)的水力工況將發(fā)生變化，原支狀管網(wǎng)的最不利水力工況點(diǎn)可能發(fā)生變化。因此需要建立新的環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算模型，對(duì)環(huán)狀管網(wǎng)的水力進(jìn)行計(jì)算分析，確定不利點(diǎn)，并計(jì)算在滿(mǎn)足最不利點(diǎn)運(yùn)行壓力的前提下，儲(chǔ)配站出口處所需的最低壓力。并進(jìn)一步確定相關(guān)風(fēng)機(jī)、電機(jī)、變壓器、自控系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備設(shè)施的應(yīng)用情況。

通過(guò)水力計(jì)算書(shū)可以發(fā)現(xiàn)，連接成環(huán)狀管網(wǎng)最不利點(diǎn)為社會(huì)福利中心（靜升節(jié)點(diǎn)29）調(diào)壓柜入口；在城東儲(chǔ)配站出口壓力為65kPa和靜升儲(chǔ)配站出口壓力為35kPa時(shí)，最不利點(diǎn)壓力為26.7kPa，其余各點(diǎn)的壓力基本在30kPa以上。

5 配套設(shè)施建設(shè)方案

5.1 壓縮系統(tǒng)建設(shè)方案

5.1.1 城東儲(chǔ)配站壓縮系統(tǒng)現(xiàn)狀

城東儲(chǔ)配站現(xiàn)有羅茨鼓風(fēng)機(jī)4臺(tái)。其中1#、2#鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)為ML72WD；入口風(fēng)量85.5m/min；出口壓力19.6kPa；電機(jī)功率55kW；額定轉(zhuǎn)速980r/min。3#、4#鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)為ML41-40；入口風(fēng)量44m/min；額定壓力34.3kPa；電機(jī)功率37kW；額定轉(zhuǎn)速：980r/min。

5.1.2 城東儲(chǔ)配站壓縮系統(tǒng)建設(shè)方案

根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果，城東儲(chǔ)配站出口壓力需要提升為65kPa，現(xiàn)有的羅茨鼓風(fēng)機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足要求，因此需要改造羅茨式煤氣壓縮機(jī)的電機(jī)，提高軸功率，具體要求為：1#、2#鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)改造為132kW、6極防爆變頻電機(jī)；3#、4#鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)改造為75kW、6極防爆變頻電機(jī)。

改造后1#、2#鼓風(fēng)機(jī)出口壓力68.6kPa，單臺(tái)額定出口流量75.2m/min；3#、4#鼓風(fēng)機(jī)出口壓力68.6kPa，單臺(tái)額定出口流量39.6 m/min；總供氣能力為13776m/h，滿(mǎn)足市政管網(wǎng)建設(shè)升壓的工藝要求。3#、4#鼓風(fēng)機(jī)由于是鑄鐵底座，潤(rùn)滑油箱位于底座中，且采用強(qiáng)制潤(rùn)滑方式，改造較為復(fù)雜，也可考慮整套設(shè)備更新。改造時(shí)與廠(chǎng)家配合，盡量保證鼓風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)不做改動(dòng)。

5.1.3 靜升儲(chǔ)配站壓縮系統(tǒng)現(xiàn)狀

靜升儲(chǔ)配站現(xiàn)有羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)ML41-40，入口風(fēng)量44m/min；額定壓力34.3kPa；電機(jī)功率37kW；額定轉(zhuǎn)速980r/min。

5.1.4 靜升儲(chǔ)配站壓縮系統(tǒng)建設(shè)方案

靜升儲(chǔ)配站現(xiàn)在的3臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)供氣能力為量7920m/h，出口壓力為34.3kPa，基本滿(mǎn)足市政管網(wǎng)建設(shè)升壓工藝要求。但更換電機(jī)需要改造底座及聯(lián)軸器，考慮到在現(xiàn)場(chǎng)不具備加工條件，壓縮機(jī)需要返廠(chǎng)改造，同時(shí)可以借此機(jī)會(huì)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行測(cè)試和大修。

5.2 電氣部分建設(shè)方案

1）城東儲(chǔ)配站電氣系統(tǒng)為：電機(jī)軟啟動(dòng)、電容無(wú)功補(bǔ)償，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，站用變壓器160kVA。靜升儲(chǔ)配站電氣系統(tǒng)為：電阻降壓?jiǎn)?dòng)，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，站用變壓器250kVA。

2）儲(chǔ)配站的出口壓力控制均采用電動(dòng)閥出口回流控制，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)能耗較大。為便于控制同時(shí)也出于節(jié)能的考慮，擬將電機(jī)改為變頻控制，通過(guò)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制供氣量和煤氣出站壓力。由于采用了變頻器，現(xiàn)在的軟啟動(dòng)、串電阻啟動(dòng)、電容無(wú)功補(bǔ)償不再使用。靜升站如果電氣控制改為變頻控制需要將電機(jī)改為變頻電機(jī)，其他參數(shù)不變。

3）城東站設(shè)4臺(tái)變頻控制柜，1臺(tái)控制盤(pán)及自控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。靜升站設(shè)3臺(tái)變頻控制柜，1臺(tái)控制盤(pán)及自控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。相應(yīng)的配電盤(pán)以及電纜等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備做改造。潤(rùn)滑油系統(tǒng)等保護(hù)、電氣控制系統(tǒng)需重新設(shè)計(jì)、改造。

4）城東儲(chǔ)配站用變壓器為桿上安裝變電站，需增容改造，容量需在核定站內(nèi)其他用電設(shè)備后計(jì)算確定，需協(xié)調(diào)當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)及供貨廠(chǎng)商二次設(shè)計(jì)。

5.3 自控部分建設(shè)方案

1）儲(chǔ)配站目前具備較完善的自控系統(tǒng)，系統(tǒng)以工業(yè)自動(dòng)化儀表組成。在控制室的操作盤(pán)上主要完成壓縮機(jī)油壓監(jiān)控、保護(hù)、出站壓力、流量、溫度監(jiān)控及積算、出站壓力調(diào)節(jié)等功能。隨著電機(jī)改為變頻控制，相應(yīng)的自控系統(tǒng)也要改造。

2）市政煤氣管網(wǎng)入口壓力通過(guò)壓縮系統(tǒng)電機(jī)變頻器調(diào)節(jié)，自控系統(tǒng)設(shè)出站壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使站出口壓力按照預(yù)定的曲線(xiàn)運(yùn)行，或者按照人工定值運(yùn)行。

3）采用遠(yuǎn)程智能測(cè)壓終端檢測(cè)，利用現(xiàn)有通信和高精度的壓力檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管道壓力的實(shí)時(shí)檢測(cè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。將重要的市政管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)引入儲(chǔ)配站操作室，方便運(yùn)行人員根據(jù)管網(wǎng)的運(yùn)行情況及時(shí)調(diào)整出站壓力，穩(wěn)定供氣。

4）自控系統(tǒng)改造采用PLC+工控機(jī)系統(tǒng)；自控系統(tǒng)與電氣控制聯(lián)合設(shè)計(jì)。單臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)50%以上。小于50%時(shí)切換到供氣量小的壓縮機(jī)。單臺(tái)壓縮機(jī)工作時(shí)采用變頻控制調(diào)節(jié)出站壓力。當(dāng)一臺(tái)壓縮機(jī)不能滿(mǎn)足負(fù)荷要求時(shí)，啟動(dòng)另外的壓縮機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，其中一臺(tái)（或多臺(tái)）額定負(fù)荷運(yùn)行，另一臺(tái)變負(fù)荷運(yùn)行。

5）現(xiàn)有的一次儀表（壓力變送器、熱電阻等）不動(dòng)，依據(jù)控制要求適當(dāng)增加測(cè)點(diǎn)，設(shè)計(jì)階段確定系統(tǒng)規(guī)模。

5.4 工藝部分建設(shè)方案

由于靈石中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)全部按照中壓A進(jìn)行設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)壓力為0.4MPa，完全能夠滿(mǎn)足管網(wǎng)升壓的要求，因此不需要對(duì)中壓管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行更換和重新設(shè)計(jì)。僅根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果對(duì)部分枝狀管網(wǎng)連接封閉成環(huán)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文在實(shí)際調(diào)研和資料收集的前提下，通過(guò)水力計(jì)算分析，找出實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的最不利工況點(diǎn)。針對(duì)最不利工況點(diǎn)的用氣壓力和用氣量需求，指出市政燃?xì)夤芫W(wǎng)及配套設(shè)施在實(shí)際建設(shè)及運(yùn)行過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，在實(shí)際市政管網(wǎng)升壓過(guò)程中予以重視并采取必要的安全保護(hù)措施；同時(shí)也為儲(chǔ)配站內(nèi)的相關(guān)設(shè)備及配套設(shè)施的建設(shè)方案提供理論依據(jù)。

在市政管網(wǎng)升壓及配套設(shè)施建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)注意儲(chǔ)配站內(nèi)壓縮機(jī)、電機(jī)等新設(shè)備或增容設(shè)備在試運(yùn)行過(guò)程中可能產(chǎn)生的意外情況，做好安全保護(hù)措施，以免發(fā)生事故對(duì)人體產(chǎn)生影響，造成不必要的傷害和損失。